新能源汽車創新技術團體標準體系的建設

吳 倩， 鄭廣州， 岳鳳來

（北京新能源汽車技術創新中心有限公司， 北京 100176）

1 研究背景

中國政府高度重視新能源汽車的發展，在各方的共同努力下，中國電動汽車產業由培育期進入成長期，產業發展取得重大進展。近年來，新能源汽車技術創新速度不斷加快，然而，國家、行業標準因其制定周期長并兼顧全行業技術水平，很難及時對行業的創新技術進行規范和推廣。2017年，工信部、發改委和科技部《汽車產業中長期發展規劃》，要求優化完善新能源汽車標準體系。

2017年11月，經全國人大常務委員會審議通過，將團體標準納入《中華人民共和國標準化法》。團體標準因其與市場需求貼進、制定周期相對較短等特點，作為國家、行業標準的有益補充，成為及時規范和推廣新能源汽車創新技術的有效手段。然而，新能源汽車創新技術各項團體標準不夠系統，甚至存在矛盾，急需制定一套完整的標準體系，協調開展標準研究。

根據北京市科委、市經信委《北京市加快科技創新培育新能源智能汽車產業的指導意見》構建新能源汽車產業相關標準體系以及“推進新能源汽車在北京2022年冬奧會和冬殘奧會中應用”的要求，經與國內整車廠、零部件廠、行業協會深入調研合作，對現行國家行業標準進行梳理，對新能源汽車技術進行分析，開展了此項新能源汽車創新技術團體標準體系建設工作，并基于該體系，牽頭制定了支持北京冬奧會的電動汽車低溫技術團體標準。

2 研究方法

1） 多層次調研

與行業協會、汽車整車企業、零部件生產企業、科研機構深入交流，了解產業各層面新能源汽車技術標準化情況。參加ISO、IEC等國際標準化會議，參加中德電動汽車標準研討會，了解國際標準技術路線及發展方向。

2） 結合技術梳理現行標準

結合新能源汽車車型及技術方向，對現有國內電動汽車的國家、行業標準進行系統梳理分析，同時對國際標準和國外先進標準進行分析研究，涉及標準100余項，從而確定團體標準體系的基本框架。

3） 以需求為導向制定標準

對已經過驗證、國家產業需求度高、國家行業標準處于空白的新能源汽車創新技術，優先納入本標準體系制定團體標準。為滿足北京冬奧會電動汽車供給的迫切需要，擇優制定一系列電動汽車低溫先進技術團體標準。

3 標準體系研究

3.1 標準體系框架

根據新能源汽車主要車輛類型及產業鏈涉及的主要新技術方向，新能源汽車創新技術團體標準體系框架見圖1 （紅色字為已牽頭制定相應團體標準）。下面將對標準體系框架中，各主要技術方向包含的標準研究方向進行介紹。

圖1 新能源汽車創新技術團體標準體系框架

3.2 電動車輛

標準體系中，電動車輛架構下的標準是對車輛本身的研究，一般可分為基礎通用標準、整車標準、系統及部件標準等幾個層次。其中，系統標準主要指車載儲能系統、電驅動系統、燃料電池系統、控制系統以及其他系統［1］。

3.2.1 基礎通用

基礎通用標準是本領域內其他技術標準制定與實施的前提和基礎，在電動車輛的標準體系中，處于整個架構底層，對整個體系起到支撐和維護作用。主要包括：信號與標志、環境條件及電磁兼容。

3.2.2 整車

根據GB/T 19596-2017，本標準體系涉及的電動汽車分類如圖2所示。

圖2 電動汽車分類

電動汽車整車標準主要關注安全性、動力性、經濟型等車輛的主要指標或性能。其中，電動汽車特殊安全性作為區別于傳統汽車安全要求的內容，可適用于大部分類型的電動汽車。動力性和經濟性等其他內容則根據不同的電動汽車類型分別描述。

1） 電動汽車安全性

電動汽車安全性主要考慮電動汽車在儲能、電氣、驅動等方面的特殊性，使得電動汽車在滿足傳統內燃機汽車安全要求的同時，還應符合特殊的安全標準，如觸電防護、電氣安全、有害氣體排放、電池起火防護等。

電動汽車在行駛、靜止、充電等多個狀態下可能會出現特殊安全性問題，體現在以下幾個方面：一是大質量的車載儲能系統及其相關系統對車輛結構及成員、第三方造成潛在機械傷害；二是高能的車載儲能系統的潛在危險；三是高能電壓系統帶來的觸電傷害。

2） 純電動汽車

純電動汽車整車性能主要側重動力性和經濟性先進技術標準研究。

3） 混合動力電動汽車

混合動力電動汽車的整車性能主要包括：動力性、經濟性和排放性先進技術標準研究。

4） 燃料電池電動汽車

燃料電池電動汽車的整車性能主要包括安全性、動力性和經濟性先進技術標準研究。其中，安全性除了滿足電動汽車安全性要求外，還應考慮車載氫系統等燃料電池電動汽車特有的安全要求。

3.2.3 關鍵系統及部件

1） 車載儲能系統

車載儲能系統分為可充電儲能系統和不可充電儲能系統。動力蓄電池和超級電容屬于可充電儲能系統。車載儲氫系統和鋅空氣電池屬于不可充電儲能系統。目前，車載儲能系統尚不能完全滿足電動汽車的需求，其技術水平制約著電動汽車的產業發展。

2） 電驅動系統

電驅動系統可分為驅動電機系統、驅動電機單體、動力系及其他三個方面。其中，驅動電機系統是電驅動系統的主要組成部分，其電氣特性、耐久性、電磁兼容性、噪聲等性能直接影響電動汽車整車的安全性、動力性、經濟性及舒適性。

3） 燃料電池系統

燃料電池系統即燃料電池發動機，是一種將氫氣和氧氣通過電化學反應直接轉化為電能的發電裝置。燃料電池系統可分為：電堆、氫氣供給循環系統、空氣供給系統、水熱管理系統。

4） 控制系統

控制系統包括控制器以及與控制器相關的電源及電路、通信網絡、傳感器與執行器，也包括通信協議等軟件部分。

5） 其他系統和部件

其他系統及部件是指除了儲能、電驅動、整車電控三大系統之外的其他總成和零部件，同樣承擔著電動汽車某項重要功能。如熱管理系統、空調系統、電動助力轉向系統、DC/DC等。

3.2.4 先進技術標準研究方向

結合產業需求、技術成熟度，經與國際及國外先進標準對比，分析現行國家行業標準［2］，制定現有先進技術標準研究方向，見圖3。

圖3 電動車輛先進技術團體標準研究方向

3.3 界面與通信

為使電動汽車傳導充電接口具有廣泛的兼容性，需要規定統一的充電接口界面。電動汽車進行無線充電時，需要規定形狀、大小、規格等相匹配的傳輸設備。燃料電池電動汽車加氫時，也應確保加氫口和加氫槍的嚴密對接。在充電或加氫過程中，數據通信可提供設備握手、功能交互、安全監控等多項重要功能。

結合產業需求、技術成熟度，經與國際及國外先進標準對比，分析現行國家行業標準，制定現有界面與通信先進技術標準研究方向，見圖4。

3.4 基礎設施

電動汽車基礎設施是指為電動汽車提供能量補給的設備、場站、服務等。對于可外接充電的電動汽車，具體指充電或換電設施。對于燃料電池電動汽車，具體為加氫設施。中國已經建成規模龐大的充換電設施，并有相關國家行業標準。相比之下，燃料電池電動汽車相應基礎設施發展緩慢，標準空白主要集中于此。

結合產業需求、技術成熟度，經與國際及國外先進標準對比，分析現行國家行業標準，制定現有基礎設施先進技術標準研究方向，見圖5。

圖4 界面與通信先進技術團體標準研究方向

圖5 基礎設施先進技術團體標準研究方向

3.5 相關產業

從電動汽車的全生命周期角度考慮，緊急救援、消防安全、回收利用、遠程服務、存儲和運輸相關領域已成為發展電動汽車產業的重要補充。因此各相關產業的安全、綠色、協同發展，是電動汽車產業健康可持續發展的落腳點。

結合產業需求、技術成熟度，經與國際及國外先進標準對比，分析現行國家行業標準，制定現有相關產業先進技術標準研究方向，見圖6。

圖6 相關產業先進技術團體標準研究方向

4 技術標準研究

4.1 標準需求分析

因低溫環境對電動汽車的動力性、充電性能、采暖性能、整車環境適應性都有較大影響，為支持“2022年冬奧會和冬殘奧會”順利召開，保證電動汽車在冬奧會場地及中國華北及以南地區低溫環境具有良好的駕乘體驗，提升中國汽車產品形象，基于本標準體系，需研究制定一系列低溫技術團體標準，以填補國家、行業標準在電動汽車低溫環境性能要求和試驗方法的空白［3］。

圖7 4地冬季最低氣溫圖

4.2 標準環境溫度確定

電動汽車性能與環境溫度息息相關，溫度的確定將決定各項性能指標的確定及試驗的開展。溫度設置過高將導致提供的汽車產品無法滿足冬奧會要求，溫度設置過低將增加汽車企業的研發制造成本。因此，確定合理的標準環境溫度成為制定此系列低溫技術團體標準的首要問題。

4.2.1 數據選取原則

標準環境溫度選取遵循如下兩個原則。

1） 確保采標車輛性能滿足2022年2月北京冬奧會舉辦城市的環境條件（北京市區、延慶區、張家口）。

2） 同時兼顧中國電動汽車冬季主要行駛區域環境條件。中國幅員遼闊，以目前中國電動汽車的技術現狀難以在東北、西北地區冬季良好運行，故冬季主要行駛區域最北部主要為華北地區。

4.2.2 數據統計分析

根據以上兩點，選取北京（朝陽區、延慶區）、張家口、太原4地作為標準試驗環境溫度基準城市。所選4地近10年11月、12月、1月、2月最低氣溫數據見圖7，統計情況如下。

1） 4地10年間，在冬奧會舉辦月 （2月），最低溫均高于-20℃。

2） 4地10年間，冬季4個月，單日最低溫度數據統計共計160個，其中低于-20℃的月最低溫9個 （占總統計數據比例的5.6%），最低為-24℃。

3） 4地10年間，單日最低溫極值均出現在1月，且整體成波動上揚趨勢。

所選4個城市10年11月、12月、1月、2月的月平均最低溫 （當月每日最低溫加總，除以當月天數） 數據，見圖8。統計情況如下：①4地10年間，冬季4個月，月平均最低溫均高于-20℃，極值為2011年1月張家口-16℃。②4地10年間，月平均最低溫極值均出現在1月，且整體成波動上揚趨勢。

圖8 4地冬季平均低溫圖

4.2.3 數據分析結論

標準設定環境溫度分析結論如下。

1） 4地10年間，北京冬奧會舉辦月 （2月） 最低溫均高于-20℃。

2） 4地10年間，冬季4個月，單日最低溫度低于-20℃的數據占比僅為5.6%，最低為-24℃，車輛當日處于低于-20℃的時間較短，車內溫度很難達到-20℃以下。且，10年來單日低溫極值出現月（1月） 溫度成整體波動上揚趨勢。

3） 4地10年間，冬季4個月，月平均最低溫均高于-20℃。且，10年來低溫極值出現月 （1月） 溫度成整體波動上揚趨勢。

綜上所述，標準設置車輛在試驗基準溫度-20℃，車輛試驗前浸置16h （16:00～8:00，大于日最低溫持續時間段）。

4.3 標準研討

為研究制定低溫技術系列標準，成立了3個標準研究工作組，組織召開標準研討會19場次，對標準逐項進行充分研討，形成意見建議300余項。邀請專家對標準進行評審，并結合專家意見完善標準相關內容［4］。

4.4 標準試驗驗證

標準技術內容基本確定后，根據標準規定，在低溫環境下對純電動乘用車和純電動商用車進行了試驗驗證。因篇幅所限，此處僅列舉其中一項標準《純電動汽車低溫冷起動性能要求及試驗方法》的部分試驗數據，詳見表1～表4。

表1 1#乘用車試驗樣車試驗記錄

試驗證明，此系列低溫團體標準規定的低溫性能指標適合行業主流中上等車型，試驗方法科學合理、可操作，對提升電動汽車行業低溫環境技術水平具有引導意義。

表2 2#乘用車試驗樣車試驗記錄

表4 2#商用車試驗樣車試驗記錄

表3 1#商用車試驗樣車試驗記錄

4.5 標準研究成果

通過多次研討及試驗驗證，已形成8項低溫先進技術團體標準，并完成團體標準全國公開征求意見，未收到國內汽車行業相關單位異議。